JPH0795588A - 動画像符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】動きベクトルの探索範囲が制限されることがな
いようにして、ハードウェアの簡単化を図ると共に、画
像の動きに応じた正しい動きベクトルを求めることがで
き、画質の良好な動画像符号化装置を提供する。 【構成】入力動画像信号をフレーム内符号化するモード
とフレーム間符号化するモードを有する符号化回路１０
３〜１１２と、この符号化回路の符号化モードを動き補
償適応予測回路１１２からの予測情報Ｐに従って選択す
るモード選択回路１１３を有し、モード選択回路１１３
は入力動画像信号のフレーム内に強制的にフレーム内符
号化領域を設定し、このフレーム内符号化領域の各一部
が少なくとも２画面にわたり連続してフレーム内符号化
されるように、フレーム数カウンタ１０２のカウント値
Ｎに応じて画面毎にフレーム内符号化領域を移動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、イントラ符号化モー
ドとインター符号化モードを有する動画像符号化装置に
係り、特にイントラ符号化領域を強制的に設定してリフ
レッシュを行う動画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像信号を高能率に圧縮符号化する技
術の代表的なものとして、入力される動画像信号と動き
補償予測により得られた予測画像信号との差分である予
測残差信号を符号化（フレーム間符号化）して伝送する
動き補償適応予測符号化方式がある。

【０００３】この動き補償予測符号化方式を通信や放送
などの適用する場合、伝送路での符号誤りや、放送やＣ
ＡＴＶなどにおいて受信途中でチャンネルを切り替えた
ために、符号化器と復号化器のフレームメモリの内容が
異なる状態が生じる、いわゆるチャンネルホッピングが
起こる。このチャンネルホッピングの問題を避けるため
に、画面内に周期的にフレーム内符号化を行う画素領域
を挿入して画面をリフレッシュする方法が一般的にとら
れる。

【０００４】例えば、ＭＰＥＧ２の標準化作業において
検討されている ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11 No400 Test M
odel 5では、マクロブロックと呼ばれる１６画素×１６
画素の単位でフレーム内符号化とフレーム間符号化が切
り替えられるようになっている。具体的には、図６に示
すように縦３０マクロブロック×横４４マクロブロック
で構成される１フレームのうち、斜線で示される横２行
のマクロブロック（縦２マクロブロック×横４４マクロ
ブロック）からなる領域をフレーム内符号化し、このフ
レーム内符号化する領域を１フレーム毎に２行ずつスラ
イドさせて、１５フレームで１周期となるイントラスラ
イスと呼ばれるリフレッシュ方式が提案されている。

【０００５】イントラスライス方式では、一般にセルロ
スの発生によりあるフレームに誤りが生じても、その誤
りの影響が除去されたリフレッシュが行われるように、
イントラスライスの２周期で完全にフレーム内符号化に
よって画面がリフレッシュされることを保証することが
要求される。その場合、上述した従来のイントラスライ
ス方式では、例えば第７図に示すように現フレームのマ
クロブロックＭＢｉに対する動きベクトルを探索する際
に、前フレームのマクロブロックのうち、現フレームの
フレーム内符号化を行っているマクロブロックと同一位
置のマクロブロックが動きベクトルの探索範囲に入らな
いように、動きベクトルの探索範囲を制限する必要があ
った。動きベクトルの探索は、参照フレームのうち誤り
の影響が残っているフレーム間符号化されたマクロブロ
ックは参照せず、フレーム内符号化されたマクロブロッ
クのみを参照して行う必要があるからである。

【０００６】この場合、図８に従来の動き補償適応予測
回路の構成を示したように、動きベクトル制限回路８０
４が必要になるばかりでなく、動きベクトルの探索範囲
が制限されるため、特に画像の動きが比較的大きい場
合、その動きに応じた正しい動きベクトルが求められ
ず、画質が劣化するという問題が新たに生じる。

【０００７】また、イントラスライス方式のもう一つ問
題として、１９９２秋季信学全大Ｄ−１６２で示される
ように、符号化が横方向に行われる関係で、同じ量子化
ステップ幅では発生符号量の多いフレーム内符号化され
たマクロブロックが連続することになるため、フレーム
間符号化されたマクロブロックより多くの符号量を割り
当てるように符号量制御を工夫する必要があった。

【０００８】この対策として、図９に示すように画面の
縦の列にフレーム内符号化のマクロブロックを配置す
る、イントラコラムと呼ばれる方式がある。この方式
は、符号化の順序としてフレーム内符号化されたマクロ
ブロックが横方向に分散しているため、特別な符号量制
御を必要としない利点がある。しかし、一般に画像の動
きは縦方向より横方向のものが多いので、動きベクトル
の探索範囲の制限の影響をイントラスライス方式より受
け易いという問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のリフレッシュ方式では動きベクトルの探索範囲が制限
されるマクロブロックが存在するため、その制限のため
に特別なハードウェアを必要とするばかりでなく、特に
画像の動きが大きい場合、その動きに応じた正しい動き
ベクトルが求められないために画質が劣化するという問
題があった。

【００１０】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決して、動きベクトルの探索範囲が制限されることがな
いようにして、ハードウェアの簡単化を図ると共に、画
像の動きに応じた正しい動きベクトルを求めることがで
き、画質の向上を図ることができる動画像符号化装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は入力動画像信号をイントラ符号化する符号
化モードとインター符号化する符号化モードを選択する
モード選択手段とを備えた動画像符号化装置において、
モード選択手段は入力動画像信号の画面内に強制的にイ
ントラ符号化領域を設定し、このイントラ符号化領域の
各一部が少なくとも２画面にわたり連続してイントラ符
号化されるように画面毎にイントラ符号化領域を移動さ
せることを特徴とする。

【００１２】ここで、イントラ符号化はフレーム内符号
化またはフィールド内符号化の意味であり、またインタ
ー符号化はフレーム間符号化またはフィールド間符号化
の意味である。

【００１３】

【作用】このように本発明では、イントラ符号化領域の
各一部が少なくとも２画面（２フレームまたは２フィー
ルド）にわたり連続してイントラ符号化されるように画
面毎にイントラ符号化領域を移動させることにより、従
来では動きベクトルの探索範囲が制限されていたマクロ
ブロックについての動きベクトルの探索範囲内にある前
画面内のマクロブロックが必ずイントラ符号化されてい
るようにすることができる。従って、動きベクトルの探
索範囲を制限することなく、常にイントラ符号化により
リフレッシュされている部分から正しく動き補償が行わ
れることになる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る動画像符号化装
置の構成を示すブロック図である。同図において、入力
端子１００に与えられる入力動画像信号はコマ落し回路
１０１とフレームカウンタ回路１０２を経て減算器１０
３に入力され、ここで後述するようにして生成される予
測画像信号との差分がとられることにより、予測残差信
号が生成される。フレームカウンタ回路１０２は、入力
動画像信号のフレーム数を例えば垂直同期信号を検出す
ることによりカウントする。

【００１５】この予測残差信号とフレームカウンタ１０
２からの入力動画像信号のいずれか一方がモード選択ス
イッチ１０４によって選択され、ＤＣＴ（離散コサイン
変換）回路１０５により離散コサイン変換される。ＤＣ
Ｔ回路１０５で得られＤＣＴ係数データは、量子化回路
１０６で量子化される。量子化器１０６で量子化された
信号は２分岐され、一方は可変長符号化回路１０７で可
変長符号化される。可変長符号化回路１０７の出力であ
る符号化データは、バッファ１０８を経て例えば伝送路
に送出される。

【００１６】一方、量子化回路１０６で量子化され２分
岐された信号の他方は、逆量子化回路１０９およびＩＤ
ＣＴ（逆離散コサイン変換）回路１１０により、量子化
回路１０６およびＤＣＴ回路１０５の処理と逆の処理を
順次受けた後、加算器１１１でスイッチ１１４を介して
入力される予測画像信号と加算されることにより、局部
復号信号が生成される。この局部復号信号は動き補償適
応予測回路１１２に入力され、予測画像信号が生成され
る。

【００１７】図２は、動き保証適応予測回路１１２の構
成を示したもので、加算器１１１からの局部復号信号を
１フレーム分蓄える１フレームメモリ２０１と、このフ
レームメモリ２０１に保持された局部復号信号と入力動
画像信号から動きベクトルを求める動きベクトル検出回
路２０２と、検出された動きベクトルに従って、フレー
ムメモリ２０１から読み出された局部復号信号に動き補
償を施す動き補償回路２０３により構成される。

【００１８】モード選択回路１１３は、マクロブロック
単位にフレームカウンタ回路１０２からのフレームカウ
ント値Ｎと動き補償適応予測回路１１２からの予測情報
Ｐに基づいて、フレーム間符号化を行うマクロブロック
とフレーム内符号化を行うマクロブロックの選択を行
う。フレーム内符号化を行う場合は、モード選択スイッ
チ情報ＭをＡとし、スイッチ情報ＳをＡとする。また、
フレーム間符号化を行う場合は、モード選択スイッチ情
報ＭをＢとし、スイッチ情報ＳをＢとする。モード選択
スイッチ１０４は、モード選択スイッチ情報Ｍに従って
フレーム内符号化を行う場合はＡ側に、フレーム間符号
化を行う場合はＢ側にそれぞれ切り替えられる。スイッ
チ１１４は、スイッチ情報Ｓに従ってモード選択スイッ
チ１０４と同様にフレーム内符号化を行う場合はＡ側
に、フレーム間符号化を行う場合はＢ側にそれぞれ切り
替えられる。

【００１９】ここで、本実施例においては動きベクトル
の探索範囲が近傍の９マクロブロック（縦３マクロブロ
ック×横３マクロブロック）以内の場合、図３に示すよ
うに画面の縦３列のマクロブロックを強制的にフレーム
内符号化し、このフレーム内符号化領域を１フレーム毎
に縦２列ずつスライドさせることにより、縦１列を２フ
レームの間連続してフレーム内符号化を行う。図３にお
いて、交差斜線を付した部分が２フレームの間連続して
フレーム内符号化される領域を示している。

【００２０】図４は、本実施例における１フレーム毎の
モード選択回路１１３におけるフレーム内符号化とフレ
ーム間符号化と選択動作のフローチャートを示してい
る。まず、モード選択回路１１３はフレームカウンタ回
路１０２からのフレームカウント値Ｎを読み込み（Ｓ１
０１）、あるＭＢ＿Ｒｏｗ（１フレームの右上からのマ
クロブロックの縦方向の位置）とＭＢ＿Ｃｏｌｕｍｎ
（１フレームの右上からのマクロブロックの横方向の位
置）について、動き補償適応予測回路１１２からの予測
情報ＰがＩＮＴＲＡかどうか、つまりフレーム内符号化
を行うかどうかを判定する（Ｓ１０２〜１０４）。この
判定の結果、ＩＮＴＲＡならばリフレッシュに関係なく
モード選択スイッチ情報ＭにＢ、スイッチ情報ＳにＢを
それぞれ代入する（Ｓ１０５）。

【００２１】一方、ＩＮＴＲＡでない場合、すなわち基
本的にフレーム間符号化を行う場合は、Ｓ１０１で読み
込まれたフレームカウント値Ｎの値をスライド数倍（こ
こでは２倍）したものを１フレームの横のマクロブロッ
ク数（本実施例では、４４）で割った余り、つまり（Ｎ
×２）ｍｏｄ４４がＭＢ＿Ｃｏｌｕｍｎの値に一致する
か、またはフレームカウント値Ｎ＋１したものをスライ
ド数倍したものを１フレームの横のマクロブロック数で
割った余り、つまり（Ｎ×２＋１）ｍｏｄ４４がＭＢ＿
Ｃｏｌｕｍｎの値に一致するか、またはフレームカウン
ト値Ｎ＋２したものをスライド数倍したものを１フレー
ムの横のマクロブロック数で割った余り、つまり（Ｎ×
２＋２）ｍｏｄ４４がＭＢ＿Ｃｏｌｕｍｎの値に一致す
るかどうかを判定する（Ｓ１０６）。そして、一致した
場合は強制的にフレーム内符号化を行うと判断し、モー
ド選択スイッチ情報ＭにＡ、スイッチ情報ＳにＡをそれ
ぞれ代入し（Ｓ１０７）。一致しない場合はフレーム間
符号化を行うと判断し、モード選択情報ＭにＢ、スイッ
チ情報ＳにＢをそれぞれ代入する（Ｓ１０８）。

【００２２】Ｓ１０１でフレームカウント値Ｎを読み込
む毎に、以上の処理を全てのＭＢ＿ＲｏｗとＭＢ＿Ｃｏ
ｌｕｍｎについて行う（Ｓ１０２〜Ｓ１１０）。このよ
うに本実施例では、入力動画像信号のフレーム内に強制
的に縦３列のマクロブロックからなるフレーム内符号化
領域を設定し、このフレーム内符号化領域の縦１列分が
２フレームにわたり連続してフレーム内符号化されるよ
うに、フレーム毎にフレーム内符号化領域を移動させ
る。

【００２３】本実施例の方式を従来の技術と画質面から
比較すると、フレーム内符号化を行うマクロブロック数
は、１フレームにつき従来は４４×２＝８８マクロブロ
ックに対し、本実施例では３０×３＝９０マクロブロッ
クと、ほぼ同等である。画質はフレーム内符号化の割合
で決まるため、動きベクトルの探索範囲の制限を行わな
いとすれば、両者の画質はほぼ同等といえる。

【００２４】しかし、従来の技術では前述のように動き
ベクトルの探索範囲を制限する必要があるため、画像の
動きによっては正しい動きベクトルが求められず、画質
が劣化する場合が存在した。これに対して、本実施例で
は例えば図３の現フレームにおいてこれからフレーム内
符号化する領域の直前のマクロブロック列ＭＢｊの動き
ベクトルを前フレームの近傍の９マクロブロックから探
索する場合、その９マクロブロックが属する範囲は全て
前フレームにおいてフレーム内符号化されているので、
探索範囲を制限する必要はない。従って、動きベクトル
の探索範囲を制限することによる上記のような画質劣化
は生じない。

【００２５】さらに、従来の技術とハードウェアの面か
ら比較すると、図２に示したように動き補償適応予測回
路１１２において従来必要であった動きベクトル制限回
路が不要となるという利点がある。

【００２６】また、本実施例では従来技術と比較してフ
レーム間符号化によるリフレッシュの周期が１５フレー
ムから２２フレームと長くなる。しかし、例えばチャン
ネルホッピングによって復号器側の画面全体の予測信号
が失われても、従来技術では２マクロブロック行ずつリ
フレッシュされて画面が回復するのに対し、本実施例で
は２マクロブロック列毎であり、リフレッシュの速度は
同じため、視覚的に有意差はない。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば図５に示すように、画面の横３行の
マクロブロックを横２行ずつスライドさせ、横１行を２
フレームの間連続してフレーム内符号化を行う方法でも
よい。

【００２８】また、上記実施例ではフレームを単位とす
る符号化を行った場合について説明したが、フィールド
単位で符号化を行う場合でも本発明を適用できることは
言うまでもない。要するに、入力動画像信号をイントラ
符号化（フレーム内符号化またはフィールド内符号化）
するモードとインター符号化（フレーム間符号化または
フィールド間符号化）するモードを選択できるような動
画像符号化装置であれば、本発明によるリフレッシュ方
式を適用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば動
きベクトルの探索範囲を制限する必要がなくなるため、
探索範囲制限のための特別な回路を用意する必要がなく
なるばかりでなく、画像の動きが比較的大きい場合でも
その動きに応じた正しい動きベクトルを求めることがで
きるため、画質が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る動画像符号化装置の構
成を示すブロック図

【図２】図１における動き補償適応予測回路の構成を示
すブロック図

【図３】同実施例におけるリフレッシュ方式を説明する
ための図

【図４】同実施例におけるモード選択回路の動作を説明
するためのフローチャート

【図５】本発明の他の実施例におけるリフレッシュ方式
を説明するための図

【図６】従来の動画像符号化装置におけるリフレッシュ
方式を説明するための図

【図７】従来のリフレッシュ方式の問題点を説明するた
めの図

【図８】従来の動き補償適応予測回路の構成を示すブロ
ック図

【図９】従来の動画像符号化装置における他のリフレッ
シュ方式を説明するための図

【符号の説明】

１０１…動画像信号入力端子 １０１…コマ落とし
回路 １０２…フレームカウンタ回路 １０３…減算器 １０４…モード選択スイッチ １０５…ＤＣＴ回路 １０６…量子化回路 １０７…可変長符号
化回路 １０８…バッファ １０９…逆量子化回
路 １１０…ＩＤＣＴ回路 １１１…加算器 １１３…動き補償適応予測回路 １１４…スイッチ １１５…モード選択回路 ２０１…動き補償回
路 ２０２…フレームメモリ ２０３…動きベクト
ル検出回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力動画像信号をイントラ符号化する符号
   化モードとインター符号化する符号化モードを有する符
   号化手段と、 この符号化手段の符号化モードを選択するモード選択手
   段とを備え、 前記モード選択手段は、前記入力動画像信号の画面内に
   強制的にイントラ符号化領域を設定し、このイントラ符
   号化領域の各一部が少なくとも２画面にわたり連続して
   イントラ符号化されるように画面毎にイントラ符号化領
   域を移動させることを特徴とする動画像符号化装置。